(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカスレンズを含む撮影光学系の異なる瞳領域を通過した光が結像する像をそれぞれ受光して、一対の画像信号を出力する撮像素子と、
前記フォーカスレンズの異なる第１のレンズ位置及び第２のレンズ位置それぞれにおいて、前記撮像素子から一対の画像信号を取得するように制御する制御手段と、
前記撮像素子から出力される前記一対の画像信号のずれ量に変換係数を掛けることにより、前記ずれ量を前記撮影光学系のデフォーカス量に変換する変換手段と、
前記第１のレンズ位置において取得した前記一対の画像信号が表す一対の像それぞれの位置から、前記第２のレンズ位置において取得した前記一対の画像信号が表す一対の像それぞれの位置への移動量と、前記第１のレンズ位置から第２のレンズ位置への前記フォーカスレンズの移動量とから、前記変換係数を算出する算出手段と
を有することを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
前記変換係数をＫ、前記第１のレンズ位置と前記第２のレンズ位置とで取得した前記一対の画像信号が表す一対の像それぞれの移動量をZa及びZb、前記第１のレンズ位置から第２のレンズ位置への移動量をΔDefとした場合に、前記算出手段は、
K = ΔDef/(Za + Zb)
により前記変換係数を算出することを特徴とする請求項１に記載の焦点検出装置。
【請求項３】
前記算出手段により算出した変換係数を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された変換係数と、前記算出手段により前記記憶手段に記憶された変換係数より後に算出した変換係数とを比較する比較手段と、
前記記憶手段により記憶された変換係数と、前記算出手段により算出した変換係数との差が予め設定された値以上となった場合に、前記記憶手段により記憶された変換係数を補正する補正手段とを更に有し、
前記補正手段は、前記記憶手段に記憶された変換係数をKm、前記算出手段により新たに算出した変換係数をKcとした場合に、
K = αKm + (1 - α)Kc，０≦α＜１
により前記変換係数を補正することを特徴とする請求項１または２に記載の焦点検出装置。
【請求項４】
前記第１のレンズ位置及び前記第２のレンズ位置において、前記一対の画像信号が表す像のずれ量をそれぞれ演算する演算手段を更に有し、
前記演算手段により演算したずれ量の差と、前記第１のレンズ位置と前記第２のレンズ位置において取得した前記一対の画像信号が表す一対の像それぞれの移動量の和との差が、予め決められた値よりも大きい場合に、前記演算手段は、前記第１のレンズ位置および前記第２のレンズ位置の少なくとも一方の位置を変更し、前記変更した位置でずれ量を演算し直すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の焦点検出装置。
【請求項５】
フォーカスレンズを含む撮影光学系の異なる瞳領域を通過した光が結像する像をそれぞれ受光して、一対の画像信号を出力する撮像素子を有し、該撮像素子から出力される前記一対の画像信号のずれ量に変換係数を掛けることにより、前記ずれ量を前記撮影光学系のデフォーカス量に変換する焦点検出装置における焦点検出方法であって、
取得手段が、前記フォーカスレンズの異なる第１のレンズ位置及び第２のレンズ位置それぞれにおいて、前記撮像素子から一対の画像信号を取得する取得工程と、
算出手段が、前記第１のレンズ位置において取得した前記一対の画像信号が表す一対の像それぞれの位置から、前記第２のレンズ位置において取得した前記一対の画像信号が表す一対の像それぞれの位置への移動量と、前記第１のレンズ位置から第２のレンズ位置への前記フォーカスレンズの移動量とから、前記変換係数を算出する算出工程と
を有することを特徴とする焦点検出方法。
【請求項６】
前記変換係数をＫ、前記第１のレンズ位置と前記第２のレンズ位置とで取得した前記一対の画像信号が表す一対の像それぞれの移動量をZa及びZb、前記第１のレンズ位置から第２のレンズ位置への前記フォーカスレンズの移動量をΔDefとした場合に、前記算出工程では、
K = ΔDef/(Za + Zb)
により前記変換係数を算出することを特徴とする請求項５に記載の焦点検出方法。
【請求項７】
前記算出工程で算出した変換係数を記憶手段に記憶する記憶工程と、
前記算出手段が、変換係数を再度算出する第２の算出工程と、
比較手段が、前記記憶工程で記憶された変換係数と、前記第２の算出工程で算出した変換係数とを比較する比較工程と、
前記記憶工程で記憶された変換係数と、前記第２の算出工程で算出した変換係数との差が予め設定された値以上となった場合に、補正手段が、前記記憶工程で記憶された変換係数を補正する補正工程とを更に有し、
前記補正工程では、前記記憶工程で記憶された変換係数をKm、前記第２の算出工程で算出した変換係数をKcとした場合に、
K = αKm + (1 - α)Kc，０≦α＜１
により前記変換係数を補正することを特徴とする請求項５または６に記載の焦点検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点検出装置及び焦点検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、デジタルカメラ等の撮像装置において、撮影レンズの異なる射出瞳領域を透過した光に基づいて得られる１対の像信号の像ずれ量を求め、求めた像ずれ量からデフォーカス量を求める、いわゆる位相差方式の焦点検出方法が知られている。このような焦点検出方法では、像ずれ量をデフォーカス量に換算する変換係数を正しく見積もる必要がある。
【０００３】
また、操作者がカメラを操作している際に、自動焦点検出（以下、ＡＦ）の動作を快適に感じるためには、ＡＦ精度に加えてＡＦ速度も重要である。ＡＦ速度を向上させるためには、デフォーカス状態でＡＦを行った場合に、可能な限り少ないＡＦ動作で合焦状態となる必要がある。つまり検出されるデフォーカス量が実際のデフォーカス量に近いことが望まれるため、その意味でも変換係数を正確に見積もることは重要である。
【０００４】
変換係数をより正確に見積もるために、キャリブレーションモードにおいて変換係数を校正する焦点調節装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載された方法によれば、撮影に先立って、複数のフォーカスレンズ位置で取得した２像の像ずれ量の差と、所定のデフォーカス量に基づいて変換係数の校正動作を行い、その値をカメラ内に保存する。撮影時においては校正された変換係数を用いて、像ずれ量をデフォーカス量に換算する。なお、特許文献１では、撮影領域内に複数の測距領域を有する多点測距方式を採用しているため、変換係数の校正を各測距領域について行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２４９３号公報
【特許文献２】特開２００７−３３３７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一対の像信号は、撮影レンズによるケラレや製造ばらつきや装置のガタなどにより、互いに一致しないことが多く、変換係数を校正するための像ずれ量を必ずしも正確に求めることができない。特に、多点測距方式を採用している特許文献１では、撮影領域の周辺部において２像の一致度が低くなってしまう場合があり、像ずれ量を求めることができず、そのため、正確な変換係数を求めることができないことがあった。
【０００７】
特許文献２には、撮影レンズによるケラレの対策として、撮影レンズの射出瞳の異なる領域を通過した光を受光した画素に対して、相互の近傍ラインのデータを乗算することによってシェーディング補正を行うことが開示されている。しかしながら、シェーディング補正を行うために、回路規模が増大したり、演算時間が増加するといった問題が生じる。
【０００８】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、像ずれ量をデフォーカス量に換算する変換係数を、簡単な演算で、より正確に検出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の焦点検出装置は、フォーカスレンズを含む撮影光学系の異なる瞳領域を通過した光が結像する像をそれぞれ受光して、一対の画像信号を出力する撮像素子と、前記フォーカスレンズの異なる第１のレンズ位置及び第２のレンズ位置それぞれにおいて、前記撮像素子から一対の画像信号を取得するように制御する制御手段と、前記撮像素子から出力される前記一対の画像信号のずれ量に変換係数を掛けることにより、前記ずれ量を前記撮影光学系のデフォーカス量に変換する変換手段と、前記第１のレンズ位置において取得した前記一対の画像信号が表す一対の像それぞれの位置から、前記第２のレンズ位置において取得した前記一対の画像信号が表す一対の像それぞれの位置への移動量と、前記第１のレンズ位置から第２のレンズ位置への前記フォーカスレンズの移動量とから、前記変換係数を算出する算出手段とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、像ずれ量をデフォーカス量に換算する変換係数を、簡単な演算で、より正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態における焦点検出装置を備えたデジタルスチルカメラの概略断面図。
【図２】イメージセンサの一部構成を示す平面図。
【図３】焦点検出用画素と通常画素の概略断面図。
【図４】焦点検出用画素の受光領域と、撮影レンズの瞳領域との関係を説明する図。
【図５】焦点検出用画素から得られる像の一例を示す図。
【図６】像ずれとレンズ位置の関係を説明する図。
【図７】第１の実施例における焦点検出フローチャート。
【図８】第２の実施例における焦点検出フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１は本第１の実施形態における焦点検出装置を備えたデジタルスチルカメラの概略断面図である。図１において、１はカメラ本体、１０はイメージセンサ（固体撮像素子）で、撮影レンズ（撮影光学系）５の予定結像面に配置されている。本第１の実施形態では、イメージセンサを構成する多数の画素のうち一部の画素が、位相差方式により撮影レンズ５の焦点状態を検出するための焦点検出用画素に置き換えられている。
【００１４】
２０はカメラ全体を制御するＣＰＵ、２１はイメージセンサ１０を駆動制御するイメージセンサ制御回路、２４はイメージセンサ１０にて撮像した画像信号を画像処理する画像処理回路である。なお、ＣＰＵ２０が、後述する変換係数Ｋを求めるための制御及び演算を行う。２２はイメージセンサ１０にて撮像された画像を記録するメモリ回路であり、イメージセンサ１０の受光分布も記憶することができる。２３は画像処理回路２４にて画像処理された画像をカメラ本体１の外部に出力するためのインターフェース回路、３は被写体像を観察するための接眼レンズである。
【００１５】
撮影レンズ５はカメラ本体１に対して着脱可能な、フォーカスレンズを含むレンズである。撮影レンズ５は、カメラ本体１のＣＰＵ２０から送られてくる焦点調節情報を電気接点２６を介してレンズＣＰＵ５０にて受信し、その焦点調節情報に基づいて撮影レンズ駆動機構５１によって合焦状態に調節される。
【００１６】
５３は撮影レンズ５の瞳近傍に配設された絞り装置で、絞り駆動機構５２によって所定の絞り値に絞り込まれるようになっている。５３ａは絞り装置５３よりもイメージセンサ１０寄りに設けられた窓枠、５３ｂは絞り装置５３よりもイメージセンサ１０から遠い側に設けられた窓枠である。
【００１７】
また、１６５ａ、１６５ｂはイメージセンサ１０の中心から絞り５３に向かう光線を表し、１６６ａ、１６６ｂはイメージセンサ１０上でＹ方向に像高がある点から絞り５３に向かう光線を表している。また、１６７ａ、１６７ｂはイメージセンサ１０上でＹ方向に像高がある点に入射する光束のうち、窓枠５３ａ、５３ｂによって規定された光線を示している。図１の例では、イメージセンサ１０の中心では窓枠５３ａ、５３ｂによって光線がケラレることはない。しかし像高が高い位置では、絞り５３に向かう光線よりも内側に窓枠５３ａ、５３ｂが入り込むことによって、窓枠５３ａ、５３ｂ上下の光線にケラレが生じる場合がある。
【００１８】
図２はイメージセンサ１０の一部構成を示す平面図であり、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」は各画素のカラーフィルタの色相を表している。「Ｒ」の画素は主に赤の成分の光を透過し、「Ｇ」の画素は主に緑の成分の光を透過し、「Ｂ」の画素は主に青の成分の光を透過する。「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の各画素はいわゆるベイヤー配列に従って配置されている。また、Ａ、Ｂで示した画素は、撮影レンズ５の焦点状態を検出するための画素（以下、「焦点検出用画素」と呼ぶ。）で、後述するようにｘ方向（横方向）の開口が制限され、異なる瞳領域を通った光線が入射する。人間の画像認識特性は輝度情報に敏感であるため、輝度情報の主成分である「Ｇ」画素が欠損すると画質劣化が認められやすい。一方で「Ｒ」、「Ｂ」は色情報を取得する画素であるが、人間は色情報には鈍感であるため、色情報を取得する画素は多少の欠損が起きても画質劣化に気づきにくい。そこで本第１の実施形態のイメージセンサ１０では、「Ｒ」あるいは「Ｂ」であるべき画素の一部に、撮影レンズ５の一部の瞳領域を通過した光束を受光する焦点検出用画素Ａ、Ｂが割り当てられている。
【００１９】
また、焦点検出用画素Ａ、Ｂを隣接させることで、可能な限り両者の距離を短くしている。この工夫により、焦点検出用画素Ａ、Ｂが異なる被写体からの光線を受光してしまう可能性を最小限に抑えることができ、焦点検出誤差を軽減させている。また、偶数ラインと奇数ラインで、焦点検出用画素Ａ、Ｂの並び順を反転させているが、これは、被写体の垂直方向のエッジ部が複数ラインにおける焦点検出用画素Ａ、Ｂの境界部にかかった場合に対応するためである。被写体のエッジ部が焦点検出用画素Ａ、Ｂの境界部にかかり、焦点検出用画素Ａ、Ｂから得られる像の位相がずれてしまう場合には、ずれが両方同時に発生する。しかも、そのずれ量は等しく、方向が逆向きとなる。そこで本第１の実施形態では、瞳分割方向と垂直方向に隣接するラインを少なくとも２つセットで相関演算を行うことで、焦点検出誤差を打ち消し合うようにしている。これは後述する１対の像の数の決定において、必ず偶数を指定することに対応する。これにより、焦点検出誤差を、軽減することができる。
【００２０】
図３は、図２に示すイメージセンサ１０における焦点検出用画素Ａと、通常画素の断面図である。図３の右側の画素は通常画素であり、撮影レンズ５の全瞳領域を通過した光束を受光可能であるが、図中左側の画素は焦点検出用画素Ａであり、ｘ方向の開口が制限されているために撮影レンズ５の一部の瞳領域を通過した光束のみを受光可能である。
【００２１】
図３において、シリコン基板１１０の内部に光電変換部１１１が形成されている。光電変換部１１１で発生した信号電荷は、不図示のフローティングディフュージョン部、第１の電極１３１及び第２の電極１３２を介して外部に出力される。光電変換部１１１と電極１３１との間には層間絶縁膜１２１が形成され、電極１３１と電極１３２との間には層間絶縁膜１２２が形成されている。また、電極１３２の光入射側には層間絶縁膜１２３が形成され、さらにパッシべーション膜１４０、平坦化層１５０が形成されている。平坦化層１５０の光入射側には、通常画素ではカラーフィルタ層１５１が、焦点検出用画素Ａでは光を吸収しない、透過率の高い樹脂で構成されたフィルタ層１５４が形成され、更に、平坦化層１５２及びマイクロレンズ１５３が形成されている。ここで、マイクロレンズ１５３のパワーは、撮影レンズ５の瞳と光電変換部１１１が略共役になるように設定されている。また、イメージセンサ１０の中央に位置する画素ではマイクロレンズ１５３は画素の中心に配設され、周辺に位置する画素では、撮影レンズ５の光軸側に偏位して配設される。
【００２２】
撮影レンズ５を透過した被写体光はイメージセンサ１０近傍に集光され、さらにイメージセンサ１０の各画素に到達した光は、マイクロレンズ１５３により屈折されて光電変換部１１１に集光される。図３中、右側の通常画素では、入射する光を遮光しないように第１の電極１３１及び第２の電極１３２が配設されている。
【００２３】
一方、図３中、左側の焦点検出用画素Ａでは、電極１３１の一部が光電変換部１１１を覆うように構成されている。その結果、焦点検出用画素Ａでは、撮影レンズ５の瞳領域の一部を透過した光束を受光可能となっている。また、電極１３１が入射光束の一部を遮光しているために光電変換部１１１の出力が小さくなることを防ぐために、焦点検出用画素Ａのフィルタ層１５４は光を吸収しない、透過率の高い樹脂で形成される。
【００２４】
なお、図３では、焦点検出用画素Ａの構成を示したが、焦点検出用画素Ｂでは、電極１３１が光電変換部１１１を覆う向き、即ち光電変換部１１１が露光される領域が逆である以外は、焦点検出用画素Ａの構成と同様の構成である。
【００２５】
図４は焦点検出用画素Ａ、Ｂそれぞれの受光領域と、撮影レンズ５の瞳領域との関係を表した図である。図４において左側の画素は、焦点検出用画素Ａに対応しており、図中右側の画素は、焦点検出用画素Ｂに対応している。なお、焦点検出用画素Ａ、Ｂは図２に示すように横に並べて配置されてはいないが、説明の便宜上、ここでは横に並べて図示している。また図４において、１６０は撮影レンズ５の瞳領域を模擬的に示したものであり、１１１ａ、１１１ｂはそれぞれ、焦点検出用画素Ａ、Ｂの光電変換部を示している。図４（ａ）は瞳領域１６１ａを通過した光束の光路を説明する図であり、図４（ｂ）は瞳領域１６１ｂを通過した光束の光路を説明する図である。
【００２６】
図４に示したように、焦点検出用画素Ａ、Ｂの開口はマイクロレンズ１５３の光軸に対して、異なる偏心量を持つように設けられている。このため図４（ａ）に示すように、１６１ａを通過した光束は焦点検出用画素Ａの光電変換部１１１ａには到達するが、焦点検出用画素Ｂの光電変換部１１１ｂには到達しない。反対に図４（ｂ）に示すように、１６１ｂを通過した光束は焦点検出用画素Ｂの光電変換部１１１ｂには到達するが、焦点検出用画素Ａの光電変換部１１１ａには到達しない。
【００２７】
なお、図２から図４を参照して説明した例では、瞳分割の方向が水平方向である場合について示している。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、マイクロレンズ１５３の光軸に対して焦点検出用画素Ａ、Ｂの開口を上下に異なる偏心量を持たせることで、垂直方向に瞳分割した信号を取得するようにしても構わない。
【００２８】
図５（ａ）は、上述した構成を有する焦点検出用画素Ａ及びＢからそれぞれ得られる像の一例を示す。図５（ａ）において、３０１は焦点検出用画素Ａから出力された信号に基づくＡ像の一例を示し、３０２は焦点検出用画素Ｂから出力された信号に基づくＢ像の一例を示す。図５（ａ）に示すように、Ａ像とＢ像はそれぞれ異なる瞳領域を通った光束を結像させているとともに、撮影レンズによるケラレやマイクロレンズ位置のばらつきにより、同じ形状にはならない。そのため、Ａ像とＢ像の像ずれ量を算出する場合には、通常、Ａ像、Ｂ像それぞれに対して像修正及びシェーディング補正を施し、像の一致度を高めた後に、相関演算によって算出する。このようにして求めた像ずれ量に変換係数Ｋを掛けることで、デフォーカス量を求め、求めたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズを駆動することで、位相差方式の焦点調節を行うことができる。
【００２９】
次に、本第１の実施形態における、像ずれ量からデフォーカス量に換算するための変換係数Ｋの算出方法について、図６を参照して説明する。
【００３０】
図６において、横軸はフォーカスレンズのレンズ位置、縦軸は同じ被写体の点に対応する像の投影位置を表しており、合焦位置より左側において上側にＡ像、下側にＢ像が投影されている。焦点レンズ位置が合焦位置に近づくにつれてＡ像の投影位置とＢ像の投影位置が近づいていき、合焦位置において重なり、像ずれ量が０になる。
【００３１】
第１のレンズ位置Ｌ１から合焦位置までのレンズの移動量を示すデフォーカス量をDef1、第２のレンズ位置Ｌ２から合焦位置までのレンズの移動量を示すデフォーカス量をDef2とする。この場合、第１のレンズ位置Ｌ１から第２のレンズ位置Ｌ２へのレンズの移動量ΔDefは(Def1 - Def2)である。
【００３２】
また、第１のレンズ位置Ｌ１におけるＡ像とＢ像の像ずれ量をZ1、第２のレンズ位置Ｌ２におけるＡ像とＢ像の像ずれ量をZ2とする。この場合、縦軸の上側におけるZ1とZ2の差分は第１のレンズ位置Ｌ１から第２のレンズ位置Ｌ２に移動した場合のＡ像の移動量であり、同様に、縦軸の下側におけるZ1とZ2の差分はＢ像の移動量である。従って、第１のレンズ位置Ｌ１から第２のレンズ位置Ｌ２に移動したときの像ずれ量の変化量(Z1 - Z2)は、Ａ像の移動量ZaとＢ像の移動量Zbの和と等価である。
【００３３】
ここで、像ずれ量をZ、デフォーカス量をDefとすると、変換係数Ｋは式（１）のように定義される。
Def = KZ      …（１）
【００３４】
よって第１のレンズ位置Ｌ１におけるデフォーカス量をDef1、像ずれ量をZ1、第２のレンズ位置Ｌ２におけるデフォーカス量をDef2、像ずれ量をZ2とすると、
Def1 = KZ1      …（２）
Def2 = KZ2      …（３）
と表すことができる。ここで式（２）から式（３）を引き、第１のレンズ位置Ｌ１から第２のレンズ位置Ｌ２までのレンズの駆動量をΔDefとすると
ΔDef = Def1 - Def2 = K(Z1 - Z2)      …（４）
と表すことができる。ここで第１のレンズ位置Ｌ１から第２のレンズ位置Ｌ２に移動したときの像ずれ量の差分Z1 - Z2は、Ａ像の移動量ZaとＢ像の移動量Zbの和であるため、
Z1 - Z2 = Za + Zb      …（５）
である。したがって、式（４）及び（５）より
ΔDef = K(Za + Zb)      …（６）
と表すことができる。したがって、変換係数Ｋは次の式（７）により算出することができる。
K = ΔDef/(Za + Zb)…（７）
第１のレンズ位置Ｌ１におけるデフォーカス量Def1および第２のレンズ位置Ｌ２におけるデフォーカス量Def2は未知数だが、レンズの駆動量ΔDefは既知であるので変換係数Ｋは式（７）によって算出することができる。
ここで、図５を参照して、変換係数Ｋを求める際に、Ａ像とＢ像との像ずれ量を用いる代わりに、フォーカスレンズのレンズ位置を変化させたときのＡ像及びＢ像それぞれの移動量を用いる利点について説明する。図５（ａ）はあるフォーカスレンズのレンズ位置におけるＡ像とＢ像の関係を示している。上述したように、図５（ａ）において、Ａ像３０１とＢ像３０２はそれぞれ異なる瞳領域を通った光束を結像させていると共に、撮影レンズ５によるケラレやマイクロレンズ位置のばらつきにより、同じ形状にはならない。そのため、Ａ像３０１とＢ像３０２の像ずれ量を算出する場合には、Ａ像３０１及びＢ像３０２それぞれに対して像修正及びシェーディング補正を施し、像の一致度を高めた後に、相関演算によって算出する。
【００３５】
一方、図５（ｂ）は第１のレンズ位置Ｌ１から第２のレンズ位置Ｌ２に動かした場合のＢ像の移動量を表し、３０３は第１のレンズ位置Ｌ１のＢ１像、３０４は第２のレンズ位置Ｌ２のＢ２像を表している。レンズ位置を動かすことによって多少光量の変化等による形状の差異は出るが、比較するのは同じ瞳領域を通った光から得られるＢ像同士のため、像は同様の形状をしている。そのため、Ｂ１像３０３とＢ２像３０４とを比較して移動量を求める方が、Ａ像３０１とＢ像３０２とを比較して像ずれ量を求めるよりも差異が少ない。そのため相関演算の結果がより正確になり、変換係数Ｋを算出する際の誤差を軽減することができる。
【００３６】
このように本第１の実施形態によれば、光学系の膨大なデータと複雑なＡ像とＢ像の像ずれ量から変換係数Ｋを算出するために行われていた、像補正及びシェーディング補正などの演算処理の必要が無くなる。そして、像ずれ量をデフォーカス量に変換するための変換係数を簡単な計算でより正確に求めることができるため、焦点検出の速度及び精度を向上することができる。さらに、交換レンズなどの構成の異なる種々の光学系にも容易に対応することができる。
【００３７】
なお、上記説明では、第１のレンズ位置と第２のレンズ位置の２つのレンズ位置においてＡ像とＢ像を取得し、それぞれの移動量に基づいて変換係数Ｋを算出する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、３つ以上のレンズ位置においてＡ像とＢ像を取得し、図６に示す特性を利用して、変換係数Ｋを求めても構わない。
【００３８】
次に第１の実施形態における焦点検出方法について、図７のフローチャートに添って説明する。
【００３９】
Ｓ１０１で撮影準備スイッチがＯＮされると、焦点検出がスタートする。Ｓ１０２では、撮影レンズ５のフォーカスレンズを第１のレンズ位置Ｌ１において、焦点検出用画素Ａから得られたＡ１像と、焦点検出用画素Ｂから得られたＢ１像を取得する。Ｓ１０３では、撮影レンズ５のフォーカスレンズを第２のレンズ位置Ｌ２に移動し、第２のレンズ位置Ｌ２において同様にＡ２像とＢ２像を取得する。
【００４０】
Ｓ１０４では、Ｓ１０２、Ｓ１０３で取得したＡ１像とＡ２像、Ｂ１像とＢ２像に対してそれぞれ相関演算を行い、焦点検出用画素Ａから得られたＡ像の移動量Zaと、焦点検出用画素Ｂから得られたＢ像の移動量Zbを算出する。そしてＳ１０５において求めた移動量Za及びZb、及び、第１のレンズ位置Ｌ１から第２のレンズ位置Ｌ２までの移動量ΔDefとから、式（７）を用いて、像ずれ量をデフォーカス量に変換する変換係数Ｋを算出する。
【００４１】
Ｓ１０６では、第２のレンズ位置Ｌ２におけるＡ２像とＢ２像との像ずれ量を算出する。例えば、Ａ２像とＢ２像それぞれの重心Ａ２ｇとＢ２ｇの距離Z2を算出し、第２のレンズ位置における像ずれ量とする。なお、本発明は像ずれ量の求め方により制限されるものではなく、公知の方法を用いて求めればよい。一例として、Ａ２像とＢ２像とを相対的にずらしながら相関値を算出し、最も相関値が高くなるまでのシフト量を像ずれ量としても良い。また、Ｓ１０６の時点で焦点レンズは第２のレンズ位置Ｌ２にあるため、ここではＡ２像とＢ２像とを用いて像ずれ量を算出するものとして説明したが、第１のレンズ位置Ｌ１で取得したＡ１像及びＢ１像を用いても良い。あるいは、他のレンズ位置にフォーカスレンズを移動させてからＡ像及びＢ像を改めて取得し、取得した２像間の像ずれ量を算出してもよい。
【００４２】
また、Ｓ１０２で、Ａ１像とＢ１像に基づいて、第１のレンズ位置Ｌ１における像ずれ量Z1を算出しておいても良い。この場合、式（５）より第１のレンズ位置Ｌ１における像ずれ量Z1と第２のレンズ位置Ｌ２における像ずれ量Z2の差分は、理論上はＳ１０５で求めたＡ像の移動量ZaとＢ像の移動量Zbとの和に等しい。そのため、もし上記それぞれの演算結果がある一定の値以上に異なっている場合、第１のレンズ位置Ｌ１における像ずれ量Z1もしくは第２のレンズ位置Ｌ２における像ずれ量Z2のいずれか、もしくは双方の像ずれ量に大きな誤差があると見なせる。その場合、各像の重心位置の算出を修正し、もう一度算出して式（５）を満たした場合にその値を像ずれ量としてもよい。
【００４３】
Ｓ１０７では、Ｓ１０５で算出した変換係数ＫとＳ１０６で算出した像ずれ量とからデフォーカス量を算出する。第２のレンズ位置Ｌ２におけるデフォーカス量は式（３）を利用して算出することができる。Ｓ１０６で第１のレンズ位置Ｌ１または他の焦点レンズ位置にフォーカスレンズを移動させた場合も、同様に式（１）に各算出値を代入することによって、各レンズ位置におけるデフォーカス量を求めることができる。そして、Ｓ１０８で焦点検出を終了する。
【００４４】
なお、上述した第１の実施形態では、イメージセンサ１０内に配置された焦点検出用画素を用いて、異なる瞳領域を透過した光に基づく２つの像を取得する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、焦点検出用に一対の撮像素子を設けた場合にも本発明を適用することも可能である。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、本第２の実施形態におけるカメラの基本的な構成等は上述した第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００４６】
図８は第２の実施形態における焦点検出処理を示すフローチャートである。図８において、第１の実施形態で図７を参照して説明した処理と同じ動作をするものには同じステップ番号を付している。図８に示す処理と、図７に示す処理との違いは、図７の処理におけるＳ１０５の代わりに、図８に示す処理では変換係数Ｋを補正する処理Ｓ２０５が加わったことである。Ｓ２０５では、まず、事前にメモリ（不図示）に格納してある変換係数Ｋを読み出す。これをKmとする。次にＳ１０５と同様にして撮影レンズ５のフォーカスレンズの移動量ΔDefと、Ａ像、Ｂ像それぞれの移動量の和(Za + Zb)とから変換係数Ｋを再度算出する（第２の算出工程）。これをKcとする。KmとKcとの差分がある一定値以上の値になった場合は、メモリに格納していたKmに誤差があるとして変換係数Ｋを補正する。本第２の実施形態においては、αを０〜１までの係数として、例えば、次式（８）により補正する。
K = αKm + (1 - α)Kc      …（８）
【００４７】
式（８）によって算出された変換係数Ｋを使用してＳ１０６以降でデフォーカス量を算出する。また、式（８）で算出した変換係数Ｋはメモリに格納し、次に焦点検出を行う際にＫｍとして参照してもよい。上記のように変換係数Ｋを補正していくことにより、より正確な変換係数Ｋを求めることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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